孔板納米材料的奇怪特點(diǎn)介紹

    納米材料具有傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學(xué)特性，如原本導(dǎo)電的負(fù)壓變送器到某一納米級界限就不再導(dǎo)電，原來絕緣的二氧化硅、晶體等，在某一納米級界限時(shí)開始導(dǎo)電。這是由于納米材料具有穎粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點(diǎn)，以及其特有的效應(yīng):表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。
1.2.1表面效應(yīng)
    球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積(表面艱獷體積)與直徑成反比。隨著穎粒直徑變小，比表面積將會顯著增大，說明表面原子所占的百分?jǐn)?shù)將會顯著埔加。對直徑大于0.15m的顆粒的表面效應(yīng)可忽略不計(jì)，當(dāng)尺寸小于0.15m時(shí)，其表面原子百分?jǐn)?shù)急劇增長，甚至Ig超微顆粒表面積的總和可高達(dá)100m2，這時(shí)的表面效應(yīng)將不容忽略。超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的，若用高倍率電子顯微鏡對金超微顆粒(直徑為2x10一，ILM)進(jìn)行電視攝像，實(shí)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài)，隨著時(shí)間的變化會自動形成各種形狀(如立方八面體，十面體。二十面體多粒晶等)，它既不同于一般固體，又不同于擴(kuò)散硅壓力變送器，是一種準(zhǔn)固體。在電子顯徽鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進(jìn)人了“沸騰.狀態(tài)，尺寸大于10。后才觀察不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，這時(shí)微顆粒具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。超微顆粒的表具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會迅速氧化且燃燒。如要防止自燃，可采用表面包搜或有意識地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄且致密的氧化層，確保表面穩(wěn)定化。利用表面
活性，金屬超微顆粒有望成為新一代的高效催化劑、儲氣材料或低熔點(diǎn)材料。

1.2.2小尺寸效應(yīng)
    當(dāng)微粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，晶體周期性的邊界條件將被破壞;隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質(zhì)質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對負(fù)壓變送器而言，尺寸變小，同時(shí)其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。
    (1)特殊的光學(xué)性質(zhì)。當(dāng)黃金被細(xì)分到小于光波波長的尺寸時(shí)，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實(shí)上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈黑色。尺寸越小，顏色越黑，銀白色的鉑(白金)變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此叮見，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通�？傻陀�1%，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個(gè)特性可以作為高效率的光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料，可以高效率地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮�、電能。此外，又有可能�?yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。
    (2)特殊的熱學(xué)性質(zhì)。固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時(shí)，其熔點(diǎn)是固定的，超細(xì)微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)將顯著降低，當(dāng)顆粒小于lonm量級時(shí)尤為顯著。例如，金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064-C,當(dāng)顆粒尺寸減小10nm時(shí)，則降低2790，減小到2nm時(shí)的熔點(diǎn)僅約為3279C;銀的常規(guī)熔點(diǎn)為6709C，而超微銀顆粒的熔點(diǎn)可低于loo. c.因此，超細(xì)銀粉制成的導(dǎo)電漿料可以進(jìn)行低溫?zé)�結(jié)，此時(shí)元件的荃片不必采用耐高溫的陶瓷材料，甚至可以使用塑料。采用超細(xì)銀粉漿料，可使膜厚均勻，覆蓋面積大，既省料又具高質(zhì)量的性能。日本川崎制鐵公司采用0.1一' pin的銅、鎳超微顆粒制成導(dǎo)電漿料可代替把與銀等貴金屬。超微顆粒熔點(diǎn)下降的性質(zhì)對粉末冶金工業(yè)具有一定的吸引力。例如，在鎢顆粒中附加0.1% -0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的超微鎳顆粒后，可使燒結(jié)溫度從3000℃降低到1200一13009C，以致可在較低的溫度下燒制成大功率半導(dǎo)體管的基片。

    (3)特殊的磁學(xué)性質(zhì)。人們發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細(xì)菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導(dǎo)航下能辨別方向，具有回歸的本領(lǐng)。磁性超微顆粒實(shí)質(zhì)上是一個(gè)生物磁羅盤，生活在水中的趨磁細(xì)菌依靠它游向營養(yǎng)豐富的水底。通過電子顯微鏡的研究表明，在趨磁細(xì)菌體內(nèi)通常含有直徑約為2x10-25m的磁性氧化物顆粒。小尺寸的超微顆粒磁性·與大塊材料具有顯著的不同，大塊的純鐵矯頑力約為80A/m，而當(dāng)顆粒尺寸減小到2x10一，5m以下時(shí)，其矯頑力可增加1000倍，若進(jìn)一步減小其尺寸，大約小于6x10-'llm時(shí)，其矯頑力反而降低到零，
呈現(xiàn)出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已做成高儲存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等。利用超oi磁性，人們已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。
    (4)特殊的力學(xué)性質(zhì)。負(fù)壓變送器在通常情況下呈脆性，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。因?yàn)榧{米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力
變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展使陶瓷材料具有新奇的力學(xué)性質(zhì)。美國學(xué)者報(bào)道，氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。研究表明，人的牙齒之所具有很高的強(qiáng)度，是因?yàn)樗�是由磷酸鈣等納米材料構(gòu)成的。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶拉金屬硬3一5倍。至于金屬一陶瓷等復(fù)合納米材料則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì)，其應(yīng)用前景十分寬廣。超微穎粒的小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性、介電性能、聲學(xué)特性以及化學(xué)性能等方面。

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